粉體流冷卻器在催化劑生產上的應用

李興林，張厚清，王 莉

（1. 中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006； 2. 加拿大粉體流冷卻科學公司中國服務中心，上海 201611）

由于可加工原油性質的更加劣化和對環保要求標準的提高，因而對油品提出了更高的質量要求，超深度加氫脫硫已成為柴油加氫的焦點課題之一。目前廣泛使用的負載型加氫催化劑因受負載量的限制，活性也難大幅提高。而非負載型催化劑憑借其更高的金屬含量，更大的活性位密度，表現出更優異的加氫活性。在非負載型催化劑的生產過程中，為便于處理和包裝，降低催化劑的溫度，是非負載型催化劑制備中的一個重要環節，為此非負載型催化劑制備生產工藝包中催化劑冷卻器的選型設計，對保證催化劑制備生產線的正常運行至關重要。

1 催化劑冷卻器工藝流程簡述和性能要求

1.1 工藝流程簡述

催化劑成品在活化爐內活化，此時的催化劑溫度大約在 375～400 ℃左右，經卸料斗式提升機提升至粉體流冷卻器進料口位置。高溫催化劑從粉體流冷卻器頂部進料，經粉體流冷卻器冷卻到60 ℃。冷卻后的催化劑經篩分機篩分后進入成品料倉儲存并包裝入庫。催化劑冷卻器工藝流程簡圖見圖1。

圖1 催化劑冷卻器工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram of catalyst cooler

1.2 性 能

1.2.1 物料性質

物料名稱：催化劑成品;

粒徑分布：1.2～3.2 mm 三葉草型;

堆密度：790～1 000 kg/m3;

顆粒最大尺寸：3.2 mm;

比熱：0.25 kcal/(kg·℃);

含濕量：5%;

安息角：30°。

1.2.2 工藝參數

物料流速：157 kg/h；

進料溫度：375 ℃；

出料溫度：60 ℃；

物料來源：提升機；

排料：振動輸送機；

冷卻介質：循環水。

1.2.3 材質要求

為了防止催化劑中毒，要求與催化劑接觸的設備材質不污染催化劑。

2 催化劑冷卻器的選型

2.1 粉體流冷卻器技術與傳統冷卻技術對比

目前我國催化劑按物理性質可分為粉狀和粒狀兩種，傳統的冷卻方式有轉鼓冷卻器和流化床冷卻器。國內催化劑生產企業生產過程中的冷卻裝置大都采用轉鼓冷卻器或流化床冷卻器，以風冷的方式對催化劑進行冷卻后包裝。但無論采用轉鼓冷卻器還是采用流化床冷卻器進行冷卻，由于是氣固兩相換熱，都存在產品質量差、風量大、能耗高、占地面積多、尾氣除塵負荷高等問題。

與傳統流化床冷卻器和轉鼓冷卻器等風冷技術相比，粉體流冷卻器具有如下特點：

（a）采用循環水冷卻，能耗下降90%；

（b）不采用氣體作為冷媒，無粉塵排放，綠色低碳；

（c）安裝成本低，無需使用氣體處理設備，如：冷凍除濕機、鼓風機、大口徑風管、引風機、除塵器、洗滌塔和控制排放單元等；

（d）設計簡單，無運動部件，靜設備運行，維

修成本低；

（e）結構緊湊，占地空間小，易于融入現有的工廠體系，同樣適合改造項目。

2.2 粉體流冷卻器工作原理

Solex 粉體流冷卻技術有效地將顆粒物料的密相輸送原理、板式傳熱技術和精確的粉體傳熱模擬軟件創新結合在一起。粉體流冷卻器的傳熱板組由一組立式傳熱板片組成。當冷卻水從傳熱板內通道流過時，通過熱傳導方式對傳熱板間的催化劑顆粒進行冷卻，催化劑顆粒在從傳熱板板片間均勻可控的自上而下依靠重力緩慢通過。

密相輸送原理是Jenike 和Johansen 于19 世紀60 年代發現的。他們建立了固體粒子的特征理論并預見它們的流動能力，使得箱體和筒倉可以被設計用于自由下料并可避免產生死區和架橋。典型的密相輸送倉有垂直筒倉和下料錐。當有少量物料從密相輸送倉中通過時，倉中的所有物料就會發生整體流動。

密相輸送原理是粉體流冷卻器設計的關鍵點。為了達到均一的冷卻效果，物料必須以均勻的速度通過冷卻器的整個橫截面。為了達到密相輸送，我們必須在換熱器的底部安裝可以提供均勻流動的下料裝置。底部穩定而均勻的流動可以使物料均一的通過冷卻器的整個橫截面。

催化劑粉體流冷卻器由四個部分組成：進料倉、傳熱板組、下料裝置和控制系統。催化劑顆粒從設備頂部進入進料倉，顆粒經進料倉均勻分布進入傳熱板板間通道。催化劑顆粒在立式平行放置的板片之間緩慢下降，以適當的停留時間，實現最佳的出料溫度。催化劑顆粒緩慢而且可控流動能有效的防止產品的磨損和分解，從根本上保證產品的顆粒的完整性不被破壞。溫度均勻可控，保持最佳產品質量，消除結疤、結塊，避免產品品質變化。粉體流冷卻器結構示意圖見圖2。

圖2 粉體流冷卻器結構示意圖Fig. 2 Powder flow cooler structure diagram

2.3 粉體流冷卻器在國內外催化劑行業應用情況及應用前景

20 多年來，已有超過500 臺粉體流冷卻器服務于全球固體粒子換熱領域。

粉體流冷卻器的主要應用領域有：催化劑、化肥領域、純堿領域、化學制品、聚合物領域、制糖領域、干化污泥領域。1992 年第一臺粉體流冷卻器被成功應用于 UOP 位于美國路易斯安那洲Shreveport 工廠的氧化鋁催化劑生產線，整體運行了良好，幾乎沒有維修和操作，一線作業及設備維護人員對的 SOLEX 粉體流冷卻器的人性化設計表示贊賞；同時產品的品質也大為改善獲得工廠一線生產人員的認可。從此粉體流冷卻器在催化劑領域建立了良好的聲譽，并逐漸應用到FCC 催化劑、CCR催化劑、活性炭催化劑及其他催化劑等領域。在國內某石化公司催化劑廠，粉體流冷卻器運用在成品生產線的催化劑生產中，主要參數如下：物料規格為1.6～2.5 mm 的長條形，處理能力為806 kg/h，催化劑溫度由375 ℃降至70 ℃，該設備于2005 年調試并投入使用至今，未對設備進行任何主要部件的更換（墊片等除外），傳熱板內部未發生結垢，也沒有對傳熱板內部進行酸洗的經歷，已安全平穩生產十余年，總體應用良好，圖3 為催化劑冷卻器現場安裝圖片。

3 結 語

圖3 催化劑冷卻器現場安裝圖片Fig.3 Catalyst cooler field installation diagram

在催化劑的生產中，國內大部分生產企業生產技術落后，生產不能連續運行，單純靠人工分段生產操作，導致催化劑性能不均一，生產成本較高，生產工人工作條件差，粉塵和污水等排放不符合環保要求等。所以大多數催化劑廠在項目新建和改擴建時必須考慮以下問題：減少或消除氣體及粉塵排放、提高產品質量、滿足擴大生產的處理能力和空間需求、降低操作維修費用。Solex 的粉體流冷卻器可有效消除這些生產瓶頸，降低單位生產成本，符合綠色環保排放要求。